স্টিল-অ্যালুমিনিয়াম লেজার ওয়েল্ডেড ল্যাপ জয়েন্টে আন্তঃধাতব যৌগের গঠন এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর শক্তি সমন্বয়যোগ্য অ্যানুলার স্পট লেজারের প্রভাব

স্টিল ও অ্যালুমিনিয়াম সংযোগ করার সময়, সংযোগ প্রক্রিয়ার সময় Fe এবং Al পরমাণুর মধ্যে বিক্রিয়ার ফলে ভঙ্গুর আন্তঃধাতব যৌগ (IMC) গঠিত হয়। এই IMC-গুলির উপস্থিতি সংযোগটির যান্ত্রিক শক্তিকে সীমিত করে, তাই এই যৌগগুলির পরিমাণ নিয়ন্ত্রণ করা প্রয়োজন। IMC গঠনের কারণ হলো Al-এ Fe-এর দ্রবণীয়তা কম। যদি এটি একটি নির্দিষ্ট পরিমাণ অতিক্রম করে, তবে তা ওয়েল্ডের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যকে প্রভাবিত করতে পারে। IMC-গুলির কাঠিন্য, সীমিত নমনীয়তা ও দৃঢ়তা এবং গঠনগত বৈশিষ্ট্যের মতো স্বতন্ত্র বৈশিষ্ট্য রয়েছে। গবেষণায় দেখা গেছে যে, অন্যান্য IMC-গুলির তুলনায় Fe2Al5 IMC স্তরটিকে সবচেয়ে ভঙ্গুর (১১.৮) হিসেবে ব্যাপকভাবে বিবেচনা করা হয়।± ১.৮ জিপিএ) আইএমসি ফেজ, এবং ওয়েল্ডিং ব্যর্থতার কারণে যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য হ্রাসের প্রধান কারণও এটি। এই গবেষণাপত্রে একটি অ্যাডজাস্টেবল রিং মোড লেজার ব্যবহার করে আইএফ স্টিল এবং ১০৫০ অ্যালুমিনিয়ামের রিমোট লেজার ওয়েল্ডিং প্রক্রিয়া অনুসন্ধান করা হয়েছে, এবং ইন্টারমেটালিক যৌগ গঠন ও যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর লেজার রশ্মির আকৃতির প্রভাব গভীরভাবে পরীক্ষা করা হয়েছে। কোর/রিং পাওয়ার অনুপাত সমন্বয় করে দেখা গেছে যে, কন্ডাকশন মোডে ০.২ কোর/রিং পাওয়ার অনুপাত ওয়েল্ড ইন্টারফেস বন্ডিং সারফেস এরিয়া উন্নত করতে পারে এবং Fe2Al5 আইএমসি-এর পুরুত্ব উল্লেখযোগ্যভাবে কমাতে পারে, যার ফলে জয়েন্টের শিয়ার স্ট্রেংথ উন্নত হয়।

এই প্রবন্ধে IF স্টিল এবং 1050 অ্যালুমিনিয়ামের রিমোট লেজার ওয়েল্ডিংয়ের সময় ইন্টারমেটালিক যৌগ গঠন এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর অ্যাডজাস্টেবল রিং মোড লেজারের প্রভাব তুলে ধরা হয়েছে। গবেষণার ফলাফল থেকে দেখা যায় যে, কন্ডাকশন মোডে, ০.২ কোর/রিং পাওয়ার অনুপাত একটি বৃহত্তর ওয়েল্ড ইন্টারফেস বন্ডিং সারফেস এরিয়া প্রদান করে, যা ৯৭.৬ N/mm² সর্বোচ্চ শিয়ার স্ট্রেংথ (জয়েন্ট এফিসিয়েন্সি ৭১%) দ্বারা প্রতিফলিত হয়। এছাড়াও, ১-এর বেশি পাওয়ার অনুপাতের গাউসিয়ান বিমের তুলনায়, এটি Fe₂Al₅ ইন্টারমেটালিক যৌগের (IMC) পুরুত্ব ৬২% এবং মোট IMC পুরুত্ব ৪০% উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করে। পারফোরেশন মোডে, কন্ডাকশন মোডের তুলনায় ফাটল এবং কম শিয়ার স্ট্রেংথ পরিলক্ষিত হয়েছে। এটি লক্ষণীয় যে, যখন কোর/রিং পাওয়ার অনুপাত ০.৫ ছিল, তখন ওয়েল্ড সিমে উল্লেখযোগ্য গ্রেইন রিফাইনমেন্ট দেখা গেছে।

যখন r=0, তখন শুধুমাত্র লুপ পাওয়ার উৎপন্ন হয়, আর যখন r=1, তখন শুধুমাত্র কোর পাওয়ার উৎপন্ন হয়।

গাউসিয়ান বিম এবং অ্যানুলার বিমের মধ্যে শক্তি অনুপাত r-এর স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম

(ক) ঝালাই যন্ত্র; (খ) ঝালাই প্রোফাইলের গভীরতা এবং প্রস্থ; (গ) নমুনা প্রদর্শন এবং ফিক্সচার সেটিংসের নকশাচিত্র।

MC পরীক্ষা: শুধুমাত্র গাউসিয়ান বিমের ক্ষেত্রে, ওয়েল্ড সিমটি প্রাথমিকভাবে শ্যালো কন্ডাকশন মোডে (ID 1 এবং 2) থাকে এবং তারপরে আংশিক পেনিট্রেটিং লকহোল মোডে (ID 3-5) রূপান্তরিত হয়, যেখানে সুস্পষ্ট ফাটল দেখা যায়। যখন রিং পাওয়ার 0 থেকে 1000 ওয়াট পর্যন্ত বাড়ানো হয়, তখন ID 7-এ কোনো সুস্পষ্ট ফাটল ছিল না এবং আয়রন সমৃদ্ধির গভীরতা তুলনামূলকভাবে কম ছিল। যখন রিং পাওয়ার 2000 এবং 2500 ওয়াটে (ID 9 এবং 10) বৃদ্ধি পায়, তখন সমৃদ্ধ আয়রন অঞ্চলের গভীরতা বৃদ্ধি পায়। 2500 ওয়াট রিং পাওয়ারে (ID 10) অতিরিক্ত ফাটল দেখা যায়।

এমআর টেস্ট: যখন কোর পাওয়ার ৫০০ থেকে ১০০০ ওয়াটের মধ্যে থাকে (আইডি ১১ এবং ১২), তখন ওয়েল্ড সিম কন্ডাকশন মোডে থাকে; আইডি ১২ এবং আইডি ৭-এর তুলনা করলে দেখা যায়, যদিও মোট পাওয়ার (৬০০০ ওয়াট) একই, আইডি ৭ একটি লক হোল মোড প্রয়োগ করে। এর কারণ হলো ডমিন্যান্ট লুপ ক্যারেক্টারিস্টিকের (r=০.২) জন্য আইডি ১২-তে পাওয়ার ডেনসিটি উল্লেখযোগ্যভাবে কমে যায়। যখন মোট পাওয়ার ৭৫০০ ওয়াটে (আইডি ১৫) পৌঁছায়, তখন ফুল পেনিট্রেশন মোড অর্জন করা যায়, এবং আইডি ৭-এ ব্যবহৃত ৬০০০ ওয়াটের তুলনায় ফুল পেনিট্রেশন মোডের পাওয়ার উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পায়।

আইসি পরীক্ষা: ১৫০০ ওয়াট কোর পাওয়ার এবং ৩০০০ ও ৩৫০০ ওয়াট রিং পাওয়ারে কন্ডাক্টেড মোড (আইডি ১৬ এবং ১৭) অর্জিত হয়েছিল। যখন কোর পাওয়ার ৩০০০ ওয়াট এবং রিং পাওয়ার ১৫০০ থেকে ২৫০০ ওয়াটের মধ্যে থাকে (আইডি ১৯-২০), তখন রিচ আয়রন এবং রিচ অ্যালুমিনিয়ামের সংযোগস্থলে সুস্পষ্ট ফাটল দেখা যায়, যা একটি স্থানীয় ভেদনকারী ছোট ছিদ্রের প্যাটার্ন তৈরি করে। যখন রিং পাওয়ার ৩০০০ এবং ৩৫০০ ওয়াট হয় (আইডি ২১ এবং ২২), তখন ফুল পেনিট্রেশন কীহোল মোড অর্জিত হয়।

অপটিক্যাল মাইক্রোস্কোপের নিচে প্রতিটি ওয়েল্ডিং শনাক্তকরণের প্রতিনিধিত্বমূলক প্রস্থচ্ছেদ চিত্র।

চিত্র ৪. (ক) ঝালাই পরীক্ষায় চূড়ান্ত প্রসার্য শক্তি (UTS) এবং শক্তি অনুপাতের মধ্যে সম্পর্ক; (খ) সকল ঝালাই পরীক্ষার মোট শক্তি

চিত্র ৫. (ক) আকৃতি অনুপাত এবং চূড়ান্ত তাপ সহনশীলতার (UTS) মধ্যে সম্পর্ক; (খ) প্রসারণ, অনুপ্রবেশ গভীরতা এবং চূড়ান্ত তাপ সহনশীলতার (UTS) মধ্যে সম্পর্ক; (গ) সকল ঝালাই পরীক্ষার জন্য শক্তি ঘনত্ব

চিত্র ৬. (ac) ভিকার্স মাইক্রোহার্ডনেস ইনডেন্টেশন কনট্যুর ম্যাপ; (df) প্রতিনিধিত্বমূলক কন্ডাকশন মোড ওয়েল্ডিংয়ের জন্য সংশ্লিষ্ট SEM-EDS রাসায়নিক বর্ণালী; (g) ইস্পাত এবং অ্যালুমিনিয়ামের মধ্যবর্তী ইন্টারফেসের স্কিম্যাটিক ডায়াগ্রাম; (h) কন্ডাকশন মোড ওয়েল্ডের Fe2Al5 এবং মোট IMC পুরুত্ব

চিত্র ৭. (ac) ভিকার্স মাইক্রোহার্ডনেস ইনডেন্টেশন কনট্যুর ম্যাপ; (df) প্রতিনিধিত্বমূলক লোকাল পেনিট্রেশন পারফোরেশন মোড ওয়েল্ডিংয়ের সংশ্লিষ্ট SEM-EDS রাসায়নিক বর্ণালী।

চিত্র ৮. (ac) ভিকার্স মাইক্রোহার্ডনেস ইনডেন্টেশন কনট্যুর ম্যাপ; (df) প্রতিনিধিত্বমূলক ফুল পেনিট্রেশন পারফোরেশন মোড ওয়েল্ডিংয়ের সংশ্লিষ্ট SEM-EDS রাসায়নিক বর্ণালী।

চিত্র ৯। EBSD প্লটটি পূর্ণ অনুপ্রবেশ ছিদ্রকরণ মোড পরীক্ষায় লোহা সমৃদ্ধ অঞ্চলের (উপরের প্লেট) দানার আকার দেখায় এবং দানার আকার বন্টনের পরিমাণ নির্ণয় করে।

চিত্র ১০। লোহা সমৃদ্ধ এবং অ্যালুমিনিয়াম সমৃদ্ধ মধ্যবর্তী ইন্টারফেসের SEM-EDS স্পেকট্রা

এই গবেষণায় IF স্টিল-1050 অ্যালুমিনিয়াম অ্যালয় অসম ল্যাপ ওয়েল্ডেড জয়েন্টে IMC-এর গঠন, মাইক্রোস্ট্রাকচার এবং যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্যের উপর ARM লেজারের প্রভাব অনুসন্ধান করা হয়েছে। এই গবেষণায় তিনটি ওয়েল্ডিং মোড (কন্ডাকশন মোড, লোকাল পেনিট্রেশন মোড এবং ফুল পেনিট্রেশন মোড) এবং তিনটি নির্বাচিত লেজার বিমের আকৃতি (গাউসিয়ান বিম, অ্যানুলার বিম এবং গাউসিয়ান অ্যানুলার বিম) বিবেচনা করা হয়েছে। গবেষণার ফলাফল থেকে বোঝা যায় যে, গাউসিয়ান বিম এবং অ্যানুলার বিমের উপযুক্ত পাওয়ার অনুপাত নির্বাচন করা হলো ইন্টারনাল মোডাল কার্বনের গঠন ও মাইক্রোস্ট্রাকচার নিয়ন্ত্রণের একটি মূল প্যারামিটার, যার ফলে ওয়েল্ডের যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য সর্বোচ্চ পর্যায়ে পৌঁছায়। কন্ডাকশন মোডে, ০.২ পাওয়ার অনুপাতের একটি বৃত্তাকার বিম সর্বোত্তম ওয়েল্ডিং শক্তি (৭১% জয়েন্ট এফিসিয়েন্সি) প্রদান করে। পারফোরেশন মোডে, গাউসিয়ান বিম বেশি ওয়েল্ডিং গভীরতা এবং উচ্চতর অ্যাসপেক্ট রেশিও তৈরি করে, কিন্তু ওয়েল্ডিং ইনটেনসিটি উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। ০.৫ পাওয়ার অনুপাতের অ্যানুলার বিম ওয়েল্ড সিমে স্টিলের সাইড গ্রেইন সূক্ষ্ম করার ক্ষেত্রে একটি উল্লেখযোগ্য প্রভাব ফেলে। এর কারণ হলো অ্যানুলার বিমের নিম্ন সর্বোচ্চ তাপমাত্রা, যা দ্রুততর শীতলীকরণের হার ঘটায়, এবং ওয়েল্ড সিমের উপরের অংশের দিকে অ্যালুমিনিয়াম দ্রাবকের স্থানান্তরের ফলে দানার গঠনে যে বৃদ্ধি-সীমাবদ্ধতা সৃষ্টি হয়। ভিকার্স মাইক্রোহার্ডনেস এবং থার্মো ক্যালকের ফেজ ভলিউম পার্সেন্টেজের পূর্বাভাসের মধ্যে একটি দৃঢ় সম্পর্ক রয়েছে। Fe4Al13-এর ভলিউম পার্সেন্টেজ যত বেশি হয়, মাইক্রোহার্ডনেসও তত বেশি হয়।